Gehirnfelder, Komplexität und Bewusstsein
Frühere Beiträge konzentrierten sich auf das "einfache Problem" der Bewusstseinsfindung zwischen mentaler Aktivität und den dynamischen Mustern, die mit verschiedenen bildgebenden Verfahren des Gehirns gemessen wurden. Dieser neue Beitrag fördert zusätzliche unterstützende Ideen aus den Neurowissenschaften und der Physik und erleichtert uns die Erforschung des "harten Problems", des Ursprungs des Bewusstseins selbst. Hier bleiben wir bei der klassischen Physik (alles vor 1905 bekannt). Spätere Beiträge werden zusätzliche Ideen aus der modernen Physik verwenden, einschließlich der kontroversen Idee möglicher Verbindungen zwischen Bewusstsein und Quantenmechanik.
Physiker bezeichnen dynamische Muster oft als Felder und ähnliche Ideen werden in der Gehirnforschung verwendet. Wissenschaftler sprechen von Temperaturfeldern, elektromagnetischen Feldern, Gravitationsfeldern, Informationsfeldern, Quantenfeldern und mehr. Zum Beispiel zeigt ein Temperaturfeld an, dass die Temperatur von Ort und Zeit abhängt. In analogen Fällen könnten Gehirnfelder Muster von Aktionspotentialen in einzelnen Neuronen, synaptische Aktivität, Sauerstoffspiegel und so weiter in Gehirngewebsmassen verschiedener Größen darstellen. Eine einfache Möglichkeit, Hirnfelder darzustellen, besteht darin, ein "Weihnachtsbaummodell" wie in der ersten Abbildung zu verwenden. Angenommen, man führt eine mentale Aufgabe aus. Bestimmte Teile des Gehirns können ähnlich wie Weihnachtsbaum Lichter "leuchten" gefunden werden. Mit anderen Worten, ein gewisses Maß an Gehirnaktivität, typischerweise Elektroenzephalographie (EEG) oder funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT), wird reagieren, wenn die bestimmte mentale Aufgabe ausgeführt wird. Während dieser Ansatz wichtige Informationen enthüllt, liefert der metaphorische Weihnachtsbaum nur ein verarmtes Gehirnmodell. Zum einen ist eine naive Sichtweise, dass mehr geistige Aktivität auf höherer Ebene mehr brennenden oder heller brennenden Lichtern entsprechen sollte. Aber denken solche "heißen" Gehirne wirklich großartige Gedanken? Die Antwort ist nein; Die voll beleuchtete Weihnachtsbaummetapher entspricht einem epileptischen Anfall, einem ausgesprochen unbewussten Gehirnzustand.
Ein anderes Thema betrifft die "dynamischen" Aspekte von dynamischen Mustern oder Gehirnfeldern. Bewusstsein erfordert offensichtlich bestimmte Arten von Gehirnmustern, die für mindestens eine halbe Sekunde oder so fortbestehen. Darüber hinaus ist das Bewusstsein eng mit speziellen Arten von Gehirnrhythmen verbunden, die als elektrische Feld (EEG) Oszillationen aufgezeichnet werden. Offensichtlich müssen Gehirne angemessen "abgestimmt" sein, um bei Bewusstsein zu sein. Schließlich gibt es das Problem der multiskaligen Natur von Hirnfeldern. Wenn wir kleine Bereiche des Hirngewebes vergrößern, finden wir eine komplizierte Struktur und assoziierte Muster, wie durch die in der zweiten Figur gezeigten Neuronen angezeigt wird. Gehirnfelder bestehen also aus dynamischen Sub-Sub-Mustern innerhalb von Sub-Patterns innerhalb von Patterns, die auf verschiedenen Organisationsebenen (Skalen) gemessen werden. Zusammenfassend erfordert das Bewusstsein offenbar spezielle Arten und Ebenen der Komplexität in Gehirnfeldern.
Zwei konkurrierende Interpretationen von Hirnfeldern, die auf verschiedenen Skalen gemessen wurden, sind offensichtlich. Erstens, vielleicht ist das Bewusstsein in dynamischen Mustern auf einer speziellen Bewusstseinsskala (der C-Skala) kodiert. In dieser Sicht sind die bewussten Signaturen, die auf anderen Skalen beobachtet werden, bloße Nebenprodukte des "mind-creating" C-Skalen-Feldverhaltens. Vielleicht ist das Bewusstsein zum Beispiel in Mustern auf der Ebene der einzelnen Neuronen kodiert, eine Ansicht, die von einigen Wissenschaftlern angenommen wird. Die Neurowissenschaft nimmt in dieser Hinsicht einen reduktionistischen Geschmack an – die C-Skala des einzelnen Neurons ist dann die Ebene, in der das Bewusstsein "residiert" oder "kodiert" ist. Eine Implikation dieser Ansicht ist, dass ein künstliches Gehirn aus etwa hundert Milliarden besteht Künstliche Neuronen könnten, wenn sie in geeigneter Weise miteinander verbunden sind, echtes Bewusstsein erlangen.
Eine alternative Interpretation ist, dass keine spezielle C-Skala tatsächlich existiert; Das heißt, das Bewusstsein ist grundsätzlich ein Multiskalenphänomen. Wir nennen das die Multiskalen-Vermutung . In dieser Sicht wird Bewusstsein durch die dynamischen Muster kodiert, die auf mehreren Skalen auftreten. Das Bewusstsein ist dann eng mit Kreuz-Interaktionen verbunden – sowohl von unten nach oben als auch von oben nach unten. Die multiskalige Vermutung spricht gegen philosophische Positionen, die die Komplexität des Bewusstseins trivialisieren. Im Wesentlichen scheint das Bewusstsein Systeme zu erfordern, die mindestens so komplex sind wie das nicht-bewusste Leben, das aus miteinander wechselwirkenden multiskaligen Strukturen besteht – Molekülen, Zellen, Organsystemen und so weiter. Daher werden zwei unterschiedliche intellektuelle Domänen vorgeschlagen, in denen die Multiskalen-Vermutung operieren kann. Erstens ist die Multiskalen-Vermutung als eigenständige Idee ernst zu nehmen, unabhängig von Fragen über Materialismus, Dualismus und das harte Problem. Zweitens könnte die Multiskalen-Vermutung eine vorläufige Brücke bilden, die Hirnfelder mit minimal materialistischen oder vielleicht auch nicht-materiellen Konzepten verbindet, die dem harten Problem zugrunde liegen.
Viele Jahre lang haben die meisten Hirnforscher die Wissenschaft der Komplexität gemieden, aber diese Unterlassung hat in den letzten 20 Jahren oder so nachgelassen (siehe Beispielreferenzen). Die Komplexitätstheorie untersucht, wie Beziehungen zwischen den kleinen Teilen eines Gebildes das kollektive Verhalten von Großsystemen hervorbringen und wie diese emergenten globalen Systeme interagieren und Beziehungen zu niedrigeren Organisationsebenen und zur umgebenden Umwelt eingehen. Auf jeder Komplexitätsebene entstehen völlig neue Eigenschaften – Psychologie ist nicht nur angewandte Biologie; Biologie ist nicht nur angewandte Chemie; noch ist Chemie nur angewandte Physik. Eine bemerkenswerte Anwendung der Komplexitätsforschung ist die Entwicklung von genaueren Bewusstseinsmessgeräten, die in einem kürzlich erschienenen Artikel von Neurowissenschaftler Christof Koch über Patienten im Koma- oder Semikonklust-Zustand diskutiert wurden. Dieses neue Komplexitätsmaß basiert auf transkranieller Magnetstimulation – das Gehirn des Patienten wird mit einem starken Magnetfeldpuls gezappt. Das stimulierte EEG wird aufgezeichnet, und ein Komplexitätsindex wird aus diesem bestimmten Gehirnfeld berechnet, wodurch ein wichtiges Maß für das Bewusstsein des Patienten oder dessen Fehlen bereitgestellt wird. Wir können erwarten, dass in naher Zukunft viele weitere Anwendungen der Komplexitätswissenschaft in der Hirnforschung zu sehen sein werden.
